Multi-physics simulation of non-equilibrium solidification in Ti-Nb alloy during selective laser melting

材料科学 微观结构 枝晶(数学) 选择性激光熔化 合金 温度梯度 传热 计算流体力学 流体力学 相(物质) 热力学 定向凝固 复合材料 冶金 物理 几何学 数学 有机化学 化学 量子力学
作者
Yongfu Cheng,Gang Wang,Zhaoguo Qiu,Zhigang Zheng,Dechang Zeng,Xu Tang,Rongpei Shi,Murali Uddagiri,Ingo Steinbach
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:272: 119923-119923
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2024.119923
摘要

This paper underscores the critical role of temperature distribution in the molten pool on the resulting solidification microstructure during selective laser melting (SLM) process. A powder-resolved computational fluid dynamics (CFD) model of Ti-Nb alloy is established to investigate heat transfer and fluid flow in the molten pool. When comparing the bulk model to the powder bed model, discrepancies in temperature gradient and cooling rate can reach up to 26.29% and 18.32%, respectively. Utilizing the powder bed CFD model, temperature gradient and cooling rate data at the molten pool boundary are integrated into the finite interface dissipation phase-field model. The simulation results illuminate the non-equilibrium solidification microstructure in the SLMed Ti-Nb alloy. Results indicate that the rapid solidification fosters a pronounced solute trapping effect, mitigating solute microsegregation. The microstructure manifests as cellular and dendritic structures, with Nb concentration in cellular cores and depletion in intercellular region. Predicted primary dendrite arm spacing (PDAS) or cell size range between 0.4 to 0.6 μm, consistent with experimental observations. In particular, the study reveals a transition from dendritic to cellular and from cellular to planar structures, with an accompanying analysis of the underlying mechanisms.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
zhang发布了新的文献求助10
1秒前
阿甘完成签到,获得积分10
1秒前
NexusExplorer应助下一秒微笑采纳,获得10
2秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
xing_xing应助科研通管家采纳,获得20
2秒前
2秒前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
xuan发布了新的文献求助10
2秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
3秒前
搜集达人应助科研通管家采纳,获得10
3秒前
3秒前
3秒前
3秒前
自然的听南完成签到 ,获得积分10
4秒前
安容天完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
5秒前
6秒前
6秒前
NexusExplorer应助鹿芒采纳,获得10
7秒前
远山完成签到 ,获得积分10
7秒前
123123发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
7秒前
小二郎应助小白聚酯采纳,获得10
8秒前
在水一方应助J_B_Zhao采纳,获得10
8秒前
Lucas应助ph采纳,获得10
8秒前
leec完成签到,获得积分10
8秒前
xuan发布了新的文献求助10
9秒前
wanci应助chenym采纳,获得10
10秒前
10秒前
zyl发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
热心的善愁完成签到,获得积分10
11秒前
WWW发布了新的文献求助10
12秒前
苏梓铟发布了新的文献求助10
13秒前
CodeCraft应助thz采纳,获得10
15秒前
xuan发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Römisch-Germanische Forschungen 1000
APA handbook of comparative psychology: Basic concepts, methods, neural substrate, and behavior 1000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
Discerning Saints: Moralization of Intrinsic Motivation and Selective Prosociality at Work 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7607357
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9183238
关于积分的说明 19669614
捐赠科研通 7181509
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3269774
关于科研通互助平台的介绍 2433596
邀请新用户注册赠送积分活动 2264132